Mousse de polyuréthane

Un assortiment de produits en mousse de polyuréthane pour le rembourrage et l’isolation.

La mousse de polyuréthane est une mousse polymère solide reposant sur la chimie des polyuréthanes. Matériau synthétique spécialisé aux applications très diverses, les mousses de polyuréthane sont principalement utilisées pour l'isolation thermique et comme matériau de rembourrage dans les matelas, les meubles rembourrés ou les sièges de véhicules. Leur faible densité et conductivité thermique, associées à leurs propriétés mécaniques, en font d’excellents isolants thermiques et acoustiques, ainsi que des matériaux structurels et de confort.

Les mousses de polyuréthane sont des polymères thermodurcissables. Elles ne peuvent pas être fondues et remodelées après leur formation initiale, car les liaisons chimiques entre les molécules du matériau sont très fortes et ne se décomposent pas sous l'effet de la chaleur. Une fois durcies et refroidies, elles conservent leur forme et leurs propriétés[1].

Classification des mousses de polyuréthane

Les mousses de polyuréthane sont de loin les plus utilisées parmi les mousses thermodurcissables. Selon leur structure cellulaire, elles peuvent être classées en mousses à cellules ouvertes ou à cellules fermées. Du point de vue des propriétés mécaniques, on distingue deux grands types de mousses de polyuréthane : les mousses flexibles (souples) et les mousses rigides (dures)[2]. En règle générale, les mousses de polyuréthane flexibles ont une structure à cellules ouvertes, dans laquelle les pores sont interconnectés, de plus petite taille et de forme irrégulière; à l’inverse des mousses de polyuréthane rigides, qui possèdent une structure à cellules fermées, où les pores ne sont pas interconnectés[3]. La part de marché entre ces deux types est globalement équivalente[4].

Il existe différentes technologies de transformation pour la production de mousses de polyuréthane. En fonction des propriétés recherchées dans l’application finale, les deux procédés les plus utilisés à grande échelle sont le moulage et la fabrication en blocs (slabstock)[5]. En plus de ceux-ci, d'autres types notables comprennent les mousses de remplissage de cavités (par exemple pour l’isolation acoustique dans les véhicules) et les mousses projetées (par exemple pour l’isolation thermique des toitures). Ces dernières sont connues sous le nom de mousses semi-flexibles lorsqu’elles sont recouvertes d’une couche adaptée[6].

Mousse de polyuréthane flexible

La mousse de polyuréthane flexible est produite par la réaction entre des polyols et des isocyanates, un procédé mis au point en 1937[7]. Selon l'application prévue, une série d'additifs est nécessaire pour obtenir des mousses de haute qualité. Cette mousse est un matériau polyvalent dont les propriétés peuvent être ajustées selon les besoins. Elle offre une excellente compression, une bonne capacité de charge et une grande résilience, ce qui procure un effet de rembourrage. Grâce à ces caractéristiques, à sa légèreté et à l’efficacité de son processus de fabrication, elle est largement utilisée dans les meubles, la literie, les sièges automobiles, les équipements sportifs, les emballages, les chaussures et les moquettes[7].

Les mousses de polyuréthane flexibles présentant un fort taux de porosité ouverte sont également reconnues pour leur efficacité en tant que matériaux d’absorption acoustique, et sont largement utilisées comme isolants sonores dans divers secteurs, allant du bâtiment aux transports[8]. Il s’agit aussi d’un matériau très résilient, qui ne se détériore pas avec le temps; sa durée de vie est généralement équivalente à celle de l’application dans laquelle il est utilisé[9].

Types de mousses de polyuréthane flexibles selon la technologie de fabrication

Les mousses de polyuréthane flexibles peuvent être fabriquées par un procédé continu (slabstock) ou par moulage. Dans le procédé continu, les ingrédients mélangés sont versés sur un tapis roulant. La réaction chimique se produit instantanément, provoquant une expansion rapide de la mousse qui se solidifie en quelques secondes. En théorie, il serait possible de produire des blocs de mousse de plusieurs kilomètres de long. En pratique, les blocs sont généralement découpés sur des longueurs allant de 15 à 120 mètres, puis durcis et stockés en vue de leur transformation ultérieure[10].

Contrairement à la mousse slabstock, la production de mousse moulée est un procédé discontinu. Les articles en mousse moulée sont fabriqués un par un, en injectant le mélange réactif dans des moules. Lorsque la mousse gonfle et se dilate, elle remplit entièrement l’espace du moule. Elle se solidifie presque instantanément et la pièce produite peut alors être démoulée, soit mécaniquement, soit manuellement[11]. C’est là le principal avantage des mousses moulées en polyuréthane: elles peuvent être façonnées directement à la forme souhaitée, ce qui évite les opérations de découpe et réduit les déchets de production. Elles peuvent également être fabriquées avec différentes zones de dureté et des renforts, facilitant ainsi leur intégration dans des ensembles plus complexes[12]. C’est pourquoi la technologie de la mousse moulée est largement utilisée dans la fabrication de coussins de sièges pour les industries du transport.

En fonction du procédé de fabrication, d'autres types de mousses de polyuréthane flexibles peuvent être produits, notamment les mousses agglomérées (ou recyclées), les mousses réticulées et les mousses auxétiques.

Durabilité des mousses de polyuréthane flexibles

Depuis l’invention de la chimie des polyuréthanes, l’industrie n’a cessé d’innover, portée par la nécessité de réduire la toxicité des substances chimiques utilisées dans les procédés de production. Parmi les évolutions notables figurent la diminution des émissions de composés organiques volatils (COV) ou encore l’utilisation d’agents gonflants présentant un plus faible potentiel de réchauffement global (PRG) et un impact réduit sur la couche d'ozone (PAO)[13].

Au cours des dernières décennies, le principal axe de développement de l’industrie des mousses de polyuréthane flexibles a été l’amélioration de l’empreinte environnementale de ses produits et de ses procédés. Une analyse « du berceau à la porte » (cradle-to-gate) des mousses flexibles à base de TDI montre que l’extraction et la production des matières premières représentent – de très loin – l’étape la plus impactante du cycle de vie, représentant environ 90 % des émissions totales de gaz à effet de serre (GES), selon les paramètres considérés[14].

Traditionnellement, la quasi-totalité des matières premières utilisées pour la fabrication des mousses PU flexibles est d’origine fossile. Aujourd’hui, il est possible de produire des mousses flexibles à partir de sources alternatives non fossiles, améliorant ainsi considérablement leur empreinte environnementale[15]. Ces sources incluent les bio-polyols, les polyols recyclés et les polyols à base de CO₂.

Technologies de recyclage

En tant que polymère thermodurcissable, la mousse PU ne peut pas être simplement fondue en fin de vie pour fabriquer de nouveaux produits. Pour les produits contenant de la mousse PU, diverses technologies de recyclage existent et sont déjà largement utilisées aujourd’hui :

Recyclage physique (ou mécanique)

Le recyclage physique modifie les propriétés physiques du matériau afin de le rendre plus adapté à un traitement ultérieur[16]. Dans ce processus, la composition chimique de la mousse de polyuréthane (PU) ne change pas[6]. La méthode la plus courante est appelée mousse agglomérée (rebonding), dans laquelle la mousse flexible (issues de chutes de production ou de mousse en fin de vie) est transformée en flocons, qui sont ensuite recombinés pour produire de la mousse agglomérée. Celle-ci est utilisée dans des produits tels que les sous-couches de moquette, tapis de sport, isolants acoustiques, ainsi que dans les matelas et les rembourrages de mobilier. D’autres formes de recyclage mécanique comprennent le broyage fin, le moulage par compression, ou encore le pressage par adhésif de déchets de PU réduits en poudre[6]. Par exemple, le broyage fin consiste à transformer le PU en poudre fine, qui est ensuite mélangée comme charge à un composant polyol pour produire de nouvelles mousses PU[17].

Recyclage chimique (ou dépolymérisation).

Les méthodes de recyclage chimique visent à récupérer les monomères pouvant être utilisés pour synthétiser de nouveaux polymères[16]. Cela implique de modifier la composition chimique de la mousse PU en décomposant puis en reformant les liaisons ciblées afin de récupérer les matières premières d’origine[6]. La mousse de polyuréthane flexible est ainsi décomposée en ses composants chimiques de base, qui peuvent ensuite servir à produire de nouvelles mousses. Cette technologie est utilisée à l’échelle industrielle en Europe depuis 2013 pour des mousses flexibles issues de rebuts post-industriels[18]. En fonction du solvant utilisé pour dissoudre la mousse PU, les principales technologies de dépolymérisation sont : l’hydrolyse, l’aminolyse, l’alcoolyse et la glycolyse[6].

Valorisation matière (ou récupération thermochimique).

La valorisation matière comprend le traitement thermique de déchets souvent mélangés (dont le PU est un composant), permettant de les décomposer à l’échelle moléculaire pour produire du gaz de synthèse (syngas) ou du gaz combustible – des produits qui peuvent être réutilisés comme matières premières dans l’industrie pétrochimique[2]. Un système de comptabilité en bilan massique est nécessaire pour tracer la part de matière recyclée[19]. Pour les applications trop complexes à démonter ou trop contaminées pour être recyclées mécaniquement ou chimiquement, le recyclage thermochimique constitue la meilleure option. Cette technologie permet notamment de produire de nouvelles matières premières équivalentes à des matières vierges, ce qui est essentiel pour des applications exigeant des standards stricts, comme dans l’industrie automobile[20].

Gestion des déchets

À l’échelle mondiale, les méthodes de gestion des déchets les plus couramment utilisées aujourd’hui sont la mise en décharge et la valorisation énergétique. Celles-ci ne devraient être envisagées que lorsque les solutions de recyclage ne sont pas disponibles ou ne sont pas économiquement viables. Les procédés de valorisation énergétique comprennent la combustion, l’incinération et la dégradation thermique des mousses de polyuréthane (PU)[16].

Références

(en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Polyurethane_foam » (voir la liste des auteurs).
  1. ↑ (en-US) « What is Polyurethane Foam? – Euromoulders » (consulté le )
  2. 1 2 (en) Skleničková, Abbrent, Halecký et Kočí, « Biodegradability and ecotoxicity of polyurethane foams: A review », Critical Reviews in Environmental Science and Technology, vol. 52, no 2,‎ , p. 157–202 (ISSN 1064-3389, DOI 10.1080/10643389.2020.1818496, lire en ligne Accès payant)
  3. ↑ Huang, Lou, Chuang et Liu, « Rigid/flexible polyurethane foam composite boards with addition of functional fillers: Acoustics evaluations », Sains Malays, vol. 44, no 12,‎ , p. 1757–1763 (lire en ligne)
  4. ↑ (en) Kemona et Piotrowska, « Polyurethane Recycling and Disposal: Methods and Prospects », Polymers, vol. 12, no 8,‎ , p. 1752 (ISSN 2073-4360, PMID 32764494, PMCID 7464512, DOI 10.3390/polym12081752)
  5. ↑ (en-US) « What is Polyurethane Foam? – Euromoulders » (consulté le )
  6. 1 2 3 4 5 Ullmann's encyclopedia of industrial chemistry, vol. 19: A, Weinheim, VCH Verl.-Ges, , 5th rev. éd. (ISBN 978-0-89573-169-2)
  7. 1 2 « What Is Flexible Polyurethane Foam? » (consulté le )
  8. ↑ Gwon, Kim et Kim, « Sound absorption behavior of flexible polyurethane foams with distinct cellular structures », Materials & Design, vol. 89,‎ , p. 448–454 (ISSN 0264-1275, DOI 10.1016/j.matdes.2015.10.017, lire en ligne Accès payant)
  9. ↑ (en) Angeliki Kylili, Lina Seduikyte et Paris A. Fokaides, « Life Cycle Analysis of Polyurethane Foam Wastes », dans Recycling of Polyurethane Foams, Elsevier, , 97–113 p. (ISBN 978-0-323-51133-9, DOI 10.1016/b978-0-323-51133-9.00009-7, isbn 978-0-323-51133-9, retrieved 2024-11-25, lire en ligne)
  10. ↑ « Foam Production | Recticel Flexible Foams », recticelflexiblefoams.com (consulté le )
  11. ↑ Mark et Kamprath, « Recycling & amp; Recovery Options for PU Seating Material: A Joint Study of ISOPA /Euro-Moulders », SAE Technical Paper Series, Warrendale, PA, United States, SAE International, vol. 1,‎ (DOI 10.4271/2000-01-1514, lire en ligne Accès payant)
  12. ↑ Dounis et Wilkes, « Structure-property relationships of flexible polyurethane foams », Polymer, vol. 38, no 11,‎ , p. 2819–2828 (ISSN 0032-3861, DOI 10.1016/s0032-3861(97)85620-0, lire en ligne Accès payant)
  13. ↑ « Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry:  Sixth, Completely Revised Edition. Volumes 1−40 Edited by Wiley-VCH. Wiley-VCH:  Weinheim. 2003. 30 000 pp. $5500. (ISBN 3-527-30385-5). », Journal of the American Chemical Society, vol. 125, no 35,‎ , p. 10768–10768 (ISSN 0002-7863, DOI 10.1021/ja0335566, lire en ligne Accès payant)
  14. ↑ EUROPUR, « Flexible Polyurethane (PU) Foam - Eco-profiles and Environmental Product Declarations of the European Plastics Manufacturers »,
  15. ↑ Marson, Masiero, Modesti et Scipioni, « Life Cycle Assessment of Polyurethane Foams from Polyols Obtained through Chemical Recycling », ACS Omega, vol. 6, no 2,‎ , p. 1718–1724 (ISSN 2470-1343, PMCID 7818590, DOI 10.1021/acsomega.0c05844, hdl 11577/3364329, lire en ligne)
  16. 1 2 3 (en) Janusz Datta et Marcin Włoch, « Recycling of Polyurethanes », dans Polyurethane Polymers, Elsevier, , 323–358 p. (ISBN 978-0-12-804039-3, DOI 10.1016/b978-0-12-804039-3.00014-2, isbn 978-0-12-804039-3, retrieved 2024-12-04, lire en ligne)
  17. ↑ (en) Mehta et Golkaram, « Sustainability Evaluation of Pyrolysis of Waste Mattresses: A Comparison with Alternative End-of-Life Treatments », E3S Web of Conferences, vol. 349,‎ , p. 01001 (ISSN 2267-1242, DOI 10.1051/e3sconf/202234901001, lire en ligne)
  18. ↑ EUROPUR, « RePoliol®: More than a Decade of Production of Recycled Polyols »,
  19. ↑ EUROPUR, « The End-of-Life of Flexible Polyurethane Foam from Mattresses and Furniture »,
  20. ↑ EURO-MOULDERS, « The Mass Balance Approach – An Ideal Way to Reduce the Carbon Footprint of Polyurethanes in the Automotive Sector »,
  • icône décorative Portail de la chimie
  • icône décorative Portail des sciences des matériaux
Cet article est issu de Wikipédia. Sauf mention contraire, le texte est disponible sous Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0. Des conditions supplémentaires peuvent s’appliquer aux fichiers multimédias.